Die NASA und ihre Partner wollen später in diesem Jahrzehnt im Rahmen des ehrgeizigen Artemis-Programms eine Mondraumstation bauen, aber bevor dies geschehen kann, muss eine mikrowellengroße Sonde wichtige Aufgaben in einer einzigartigen und vielversprechenden Mondumlaufbahn erfüllen.

Sollte alles wie geplant verlaufen, wird der CAPSTONE-Satellit noch in diesem Monat starten und das erste von Menschen gebaute Gerät sein, das in einer nahezu geradlinigen Halo-Umlaufbahn (NRHO) operiert. Der 55 Pfund (25 Kilogramm) schwere Cubesat, der sich im Besitz und Betrieb des in Colorado ansässigen Unternehmens befindet, zoomt um diese stark elliptische Umlaufbahn herum Erweiterter Raum– wird etwa 47.000 Meilen (ca. 76.000 km) vom Nordpol des Mondes abdriften, aber bei seiner größten Annäherung bis auf 2.100 Meilen (3.400 km) an den Gegenpol herankommen. Eine vollständige Umrundung dauert etwa eine Woche.

Modelle deuten darauf hin, dass NRHO ideal für Raumfahrzeuge ist, da es weniger Treibstoff benötigt als „herkömmliche“ Umlaufbahnen und gleichzeitig einen ständigen Kontakt mit der Erde ermöglicht. NASA beschreibt es schön: „Dieser wegweisende CubeSat wird praktisch in der Lage sein, sich zurückzulehnen und an einem gravitativen Sweet Spot im Weltraum zu ruhen – wo die Schwerkraft von Erde und Mond zusammenwirkt, um eine nahezu stabile Umlaufbahn zu ermöglichen – was der Physik das meiste ermöglicht die Arbeit, es in der Umlaufbahn um den Mond zu halten.“

Nicht zufällig ist dies die Umlaufbahn der Wahl für die kommende Mondtor, ein orbitaler Außenposten, der es der NASA und ihren Partnern ermöglichen wird, eine langfristige Präsenz auf dem Mond aufzubauen. Diese Umlaufbahn hätte den zusätzlichen Vorteil, „Gateway eine optimale Kommunikation mit zukünftigen Artemis-Missionen zu ermöglichen, die sowohl auf der Mondoberfläche als auch zurück zur Erde operieren“, sagte Elwood Agasid, stellvertretender Programmmanager für Small Spacecraft Technology am Ames Research Center der NASA eine Stelle freigeben. „Dies könnte neue Möglichkeiten für zukünftige Mondforschungs- und -erkundungsbemühungen eröffnen.“

Das 13,7 Millionen US-Dollar von der NASA finanzierte Mission, offiziell bekannt als Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment, ist ein Vertrauenstest, um zu sehen, wie sich Raumfahrzeuge in dieser Umlaufbahn schlagen, und um auch ein von Advanced Space entwickeltes autonomes Navigationssystem zu testen. Weitere private NASA-Partner für die CAPSTONE-Mission sind Tyvak Nano-Satellite Systems, das für die CubeSat-Plattform verantwortlich ist, und Stellar Explorations, das das Antriebssystem von CAPSTONE liefert.

CAPSTONE soll noch in diesem Monat auf einer Elektronenrakete starten, die vom Launch Complex 1 von Rocket Lab in Neuseeland starten wird. Rocket Lab machte Anfang dieses Monats Schlagzeilen, indem es einen Hubschrauber einsetzte fangen ein fallender Raketenverstärker, aber dieser Start stellt eine neue Herausforderung dar, da es der erste Versuch des Unternehmens ist, eine Nutzlast weiter als in eine niedrige Erdumlaufbahn zu bringen. Die Mission sieht auch den ersten Einsatz der zweiten Photon-Stufe von Rocket Lab vor, die den CubeSat auf seine Flugbahn in Richtung Mond schicken wird. CAPSTONE wird die Erde in immer breiter werdenden Umlaufbahnen umkreisen, bis sie eine Transferbahn mit dem Mond erreicht, in einer Reise, die ungefähr vier Monate dauern wird.

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„CAPSTONE wird präzise kontrolliert und gewartet und wird enorm von der nahezu stabilen Physik seiner nahezu geradlinigen Halo-Umlaufbahn profitieren“, sagte Agasid. „Die Verbrennungen [a series of “clean-up” maneuvers] wird zeitlich so abgestimmt sein, dass es dem Raumschiff einen zusätzlichen Schub gibt, da es auf natürliche Weise Schwung aufbaut – dies erfordert viel weniger Treibstoff als eine kreisförmigere Umlaufbahn erfordern würde.“

Modelle deuten darauf hin, dass NRHO ideal für Raumfahrzeuge ist, aber CAPSTONE „wird dazu beitragen, das Risiko für zukünftige Raumfahrzeuge zu verringern, indem es innovative Navigationstechnologien validiert und die Dynamik dieser haloförmigen Umlaufbahn verifiziert“. gemäß zur NASA. In der Tat wäre ein Mondaußenposten in NRHO großartig, da er es Bodenmissionen erleichtern würde, die Oberfläche angesichts des engen Orbitalpasses zu erreichen. Wie die NASA sagt, sollte diese einzigartige Umlaufbahn „einen hocheffizienten Weg zur Mondoberfläche und zurück“ bieten. Zu den spezifischen Zielen der Mission gehören die Untersuchung und Charakterisierung der einzigartigen Orbitalausrichtung sowie die Bestätigung der Leistungs- und Antriebsanforderungen für den Verbleib in dieser Umlaufbahn.

Die CAPSTONE-Sonde wird über zwei dedizierte Flugcomputer verfügen, von denen einer das von Advanced Space entwickelte Cislunar Autonomous Positioning System (CAPS) ist. CAPS wird es dem CubeSat ermöglichen, seine genaue Umlaufbahnposition zu bestimmen, und es funktioniert, indem es auf die Position des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA verweist, der seit 2009 den Mond umkreist.

Die von dieser Querverbindung gesammelten Daten werden es CAPSTONE ermöglichen, seine Entfernung von LRO zu messen und „wie schnell sich die Entfernung zwischen den beiden ändert, was wiederum die Position von CAPSTONE im Weltraum bestimmt“, sagt die NASA. Dies wird die erste Demonstration eines Peer-to-Peer-Navigationssystems für Raumfahrzeuge sein, und sollte es funktionieren, wird CAPS es Raumfahrzeugen ermöglichen, ihre Positionen im Weltraum mit Hilfe von Bodenstationen auf der Erde herauszufinden.

Die besten Geschenke kommen oft in kleinen Paketen, aber sollte diese Mission erfolgreich sein, könnte das Lunar Gateway das Ergebnis sein – ein großes Geschenk, das eine langfristige Präsenz um den Mond ermöglichen und auch als Zwischenstation für zukünftige Reisen zum Mars dienen könnte .